×
09.06.2019
219.017.7faa

КОНТАКТНЫЙ МИКРОВОЛНОВЫЙ АППЛИКАТОР

Вид РИД

Изобретение

Юридическая информация Свернуть Развернуть
Краткое описание РИД Свернуть Развернуть
Аннотация: Изобретение относится к медицинской технике и предназначено для лечения злокачественных опухолей человека и животных, при помощи облучения электромагнитным полем сверхвысокой частоты. Устройство содержит цилиндрический волновод 1, короткозамкнутый на одном конце 2, при этом другой конец является излучающим, и снабжено коаксиально-волноводным элементом возбуждения 3. На излучающем конце цилиндрического волновода расположен фокусирующий элемент 4 в виде выпуклой диэлектрической линзы. Вдоль внутренней поверхности цилиндрического волновода 1 расположены по крайней мере два Т-ребра, параллельных по широкой грани и образующих вдоль оси симметрии контактного микроволнового аппликатора емкостной зазор. Коаксиально-волноводный элемент возбуждения 3 выполнен в виде внутреннего и внешнего проводников и введен в узкую грань одного из ребер перпендикулярно широкой стенке Т-ребра, при этом его внутренний проводник проходит через весь емкостной зазор. Использование заявленного изобретения позволит снизить подводимую мощности к опухоли и уменьшить размеры аппликатора при улучшенных электродинамических параметрах устройства. 1 ил.
Реферат Свернуть Развернуть

Изобретение относится к медицинской технике и предназначено для лечения злокачественных опухолей человека и животных облучением электромагнитным полем сверхвысокой частоты. Заявляемый контактный микроволновый аппликатор относится к группе неинвазивных аппликаторов для локальной гипертермии биологической ткани.

Лечение онкологических заболеваний является довольно сложной задачей. Основными методами являются хирургия и химиотерапия, однако за последние 25 лет широкое распространение получили различные методы гипертермии раковых заболеваний. Гипертермия, с одной стороны, существенно увеличивает чувствительность раковых клеток к ионизирующему облучению и ряду противоопухолевых лекарственных средств, а с дугой - при температурах выше 43°С происходит и собственно тепловое необратимое повреждение раковых клеток (Чиссов В.И., Рос. онкол. журнал. 1999. №4. С.50-54). Использование для гипертермии энергии СВЧ-нагрева позволяет целенаправленно повышать температуру любой точки человеческого тела не только на его поверхности, но и внутри ткани. Клинические результаты показывают, что успешное применение СВЧ гипертермии позволяет улучшить результаты лечения раковых заболеваний (Current Status and Perspectives of Hyperthermia in Cancer Therapy Masahiro Hiraoka, Yasushi Nagata, Portable Synchrotron Light Sources and Advanced applications, American Institute of Physics, 2004). Основным преимуществом метода СВЧ гипертермии, с применением контактных аппликаторов является отказ от хирургического вмешательства.

Современная установка для СВЧ гипертермии представляют собой целый комплекс систем, в том числе аппликаторов для подведения ЭМ излучения к пораженной ткани. Применяются различные СВЧ аппликаторы: цилиндрические (А.С. №1223923), микрополосковые (Пат. РФ №2324509), прямоугольные (Pat. US 4282887), рупорные (Pat. US 4690156).

Известен излучатель СВЧ-энергии для нагрева тканей тела человека (Пат. РФ №2324509), включающий четвертьволновый резонатор на основе несимметричной микрополосковой линии передачи, состоящий из диэлектрической подложки, экранного проводника, излучающего проводника и входного коаксиального разъема. Использование микрополосковых линий позволило снизить размеры аппликатора до 160 мм.

Главными недостатками такого устройства являются ограничение подводимой мощности и недостаточная равномерность распределения плотности мощности ЭМП в биологической ткани.

Известен аппликатор для локальной гипертермии (Pat. US 7769468), размеры которого составляют 100×130 мм. Данный аппликатор, представляет собой визуально-прозрачный блок, включающий, по крайней мере, одну согласованную, спиральную антенну, расположенную параллельно области биологической ткани. Спиральные антенны, используемые в такой системе, существенно снижают размеры устройства.

Недостатком такого аппликатора является недостаточная равномерность нагрева биологической ткани.

Также известен излучатель для аппарата микроволновой терапии (А.С. №1223923), содержащий цилиндрический волновод, возбудитель и коаксиальную линию, при этом возбудитель выполнен в виде изогнутого по окружности вибратора с длиной плеч, в несколько раз превышающей радиус изгиба. Выбор такой конструкции обусловлен тем, что стандартные цилиндрические волноводы на частоте 915 МГц обладают большими размерами и низкой энергетической эффективностью.

Главными недостатком такого устройства являются его большие размеры и недостаточная равномерность нагрева биологической ткани.

Наиболее близким к заявляемому техническому решению является квадрупольный аппликатор (Kantor G. The performance of a new 915-MHz direct contact applicator with reduced leakage, Int. Journal of Microwave Power and Electromagnetic Energy. 1983. 18(2). P.133-142), представляющий собой модификацию цилиндрического аппликатора, основными особенностями которого является наличие двух пар ортогональных внутренних ребер и внешней заслонки, для уменьшения отраженной энергии. Апертура такого устройства составляет 150 мм. Необходимые для гипертермии значения удельного коэффициента поглощения (SAR) в области мышечной ткани 235 Вт/кг и слое жировой ткани 10 мм достигается при уровне подводимой мощности СВЧ-излучения 85 Вт.

Главными недостатками данного аппликатора являются высокая подводимая мощность, большой диаметр апертуры и такое распределение теплового поля в области взаимодействия, при котором значительному нагреву подвержен верхний слой биологической ткани.

Задачей заявляемого изобретения является усовершенствование цилиндрического аппликатора для СВЧ гипертермии, в частности, снижение подводимой мощности и уменьшение его размеров, при улучшенных электродинамических параметрах устройства, достижение заданного распределения теплового поля, при котором максимум температуры формируется в центре опухоли и устраняется перегрев верхнего слоя биологической ткани.

Поставленная задача решается тем, что контактный микроволновый аппликатор, включающий цилиндрический волновод, короткозамкнутый на одном конце, при этом другой конец является излучающим, снабженный коаксиально-волноводым элементом возбуждения, согласно заявляемому техническому решению включает фокусирующий элемент, расположенный на излучающем конце цилиндрического волновода, по крайней мере, два Т-ребра, расположенные вдоль внутренней поверхности цилиндрического волновода, параллельных по широкой грани и образующих вдоль оси симметрии контактного микроволнового аппликатора емкостной зазор, коаксиально-волноводный элемент возбуждения, выполненный в виде внутреннего и внешнего проводников и введенный в узкую грань одного из ребер перпендикулярно широкой стенке Т-ребра, при этом его внутренний проводник проходит через весь емкостной зазор.

Изобретение поясняется чертежом: фиг.1 - конструкция контактного микроволнового аппликатора с прилегающей диссипативной средой. Позициями на чертеже обозначены: 1 - цилиндрический волновод, 2 - короткозамкнутый конец волновода, 3 - коаксиально-волновой элемент возбуждения, 4 - фокусирующий элемент, 5 - верхний слой биологической ткани, 6 - нижний слой биологической ткани.

Контактный микроволновый аппликатор содержит цилиндрический волновод 1 диаметром а и длинной L, короткозамкнутый на конце 2, с двумя Т-ребрами (Qiu D., Klymyshyn D.M., Pramanick P. Ridged waveguide structures with improved fundamental mode cutoff wavelength and bandwidth characteristics // International Journal of RF and Microwave Computer-Aided Design. 2002. Vol.12. N2. P.190-197). Т-ребра выполнены длинной L, шириной t и высотой l и расположены на внутренней поверхности цилиндрического волновода 1 параллельно на равном расстоянии d друг от друга вдоль центральной оси симметрии аппликатора. Коаксиально-волновой элемент возбуждения 3 радиуса R выполнен из двух проводников: внешнего и внутреннего с диаметром 2r и u соответственно и введен в узкую грань одного из Т-ребер, шириной w, на расстоянии q от излучающего конца цилиндрического волновода 1 перпендикулярно оси симметрии аппликатора, таким образом, что его внутренний проводник проходит через весь емкостной зазор. Излучающий конец цилиндрического волновода 1 содержит фокусирующий элемент 4 диаметром а, выполненный в виде диэлектрической линзы радиусом RL, высотой HL.

Устройство работает следующим образом.

Излучающий конец цилиндрического волновода 1, снабженный фокусирующим элементом 4, располагают на поверхности верхнего слоя биологической ткани 5, таким образом, чтобы пораженная злокачественной опухолью область нижнего слоя биологической ткани 6 находилась вдоль центральной оси контактного микроволнового аппликатора. Через коаксиально-волноводный элемент возбуждения 3 в контактный микроволновый аппликатор вводят СВЧ энергию от генератора с рабочей частотой 915±10 МГц. Использование Т-ребер позволяет создать в устройстве емкостной зазор, тем самым сконцентрировать СВЧ энергию в центральной части апертуры аппликатора. Вывод энергии осуществляют через излучающий конец цилиндрического волновода 1, снабженный фокусирующим элементом 4, который позволяет сконцентрировать максимум плотности мощности электромагнитного поля на глубине 10-15 мм в биологической ткани. Перегрев верхнего слоя биологической ткани 5 устраняют путем введения между фокусирующим элементом 4 и поверхностью верхнего слоя биологической ткани 5 водяного болюса с постоянной температурой.

Введение в конструкцию фокусирующего элемента 4, выполненного в виде диэлектрической линзы, позволяет сконцентрировать максимум плотности мощности электромагнитного поля на глубине 10-15 мм в нижнем слое биологической ткани 6. Таким образом, устраняется паразитный нагрев верхнего слоя биологической ткани 5.

Пример. Для определения оптимальных параметров устройства была построена трехмерная численная модель контактного микроволнового аппликатора с диэлектрической фокусирующей линзой (εL,) и прилегающей диссипативной средой, имитирующей верхний слой биологической ткани 5 и нижний слой биологической ткани 6, с заданными диэлектрическими параметрами, характерными для жировой ткани (εf=5,45) и мышечной ткани человека (εm=54,997) соответственно. Для фокусирующего элемента использовался диэлектрик с проницаемостью εL=16. Конструкция аппликатора также дополняется водяным болюсом, высотой hb, заполненным водой с диэлектрической проницаемостью εw=78.8-4.5j. Для построенной численной модели аппликатора была решена несколькими математическими методами (МКЭ, МКР) связанная электродинамическая и тепловая задача. Результаты численного моделирования показали, что достижение необходимой для умеренной гипертермии температуры в 40°С достигается при значении подводимой мощности Рin=80 Вт через 60 с. Размеры аппликатора были определены исходя из значений минимума коэффициента отраженной мощности при частоте подводимого СВЧ излучения 915 МГц, который составил для аппликатора с диэлектрической линзой и водяным болюсом S11=0.3. Для данного аппликатора оптимальными размерами (мм) являются:

а t d w l u R r L hb RЛ HЛ h q
92 50 7 10 4 1.5 7 3.5 210 20 45 40 4 194

Таким образом, при использовании моделей мышечной и жировой ткани с размерами 40 и 10 мм соответственно и контактного микроволнового аппликатора с линзой и водяным болюсом, устранена проблема паразитного нагрева жировой ткани и поверхностных тканей. Диаметр представленного аппликатора составил 92 мм, а необходимое значение удельного коэффициента поглощения для гипертермии в области мышечной ткани, при слое жировой ткани 10 мм, было достигнуто при подводимой мощности в 80 Вт. Распределение плотности СВЧ-мощности показало большую равномерность, по сравнению с прототипом. Необходимые значения температуры для умеренной гипертермии в 40°С, достигалось 20 Вт - 180 с, 40 Вт - 120 с, 60 Вт - 90 с, 80 Вт - 60 с. При этом диаметр области взаимодействия с максимальной температурой в мышечной ткани не превышал 50 мм. Область мышечной ткани, находящаяся за пределами области воздействия аппликатора, подвергалась умеренному нагреву, который не превышал установленное безопасное значение в 4 Вт/кг для тела человека (по данным National Council on Radiation Protection and Measurements (NCRP) и Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE)).

Представленный контактный микроволновый аппликатор с фокусирующей линзой может быть использован в установке для локальной гипертермии биологических тканей. Область применения устройства - небольшие злокачественные опухоли, расположенные на глубине до 2 см в биологической ткани (меланомы, саркомы, аденокарциомы). Возможно использование устройства для комплексных методов лечения раковых заболеваний.

Контактный микроволновый аппликатор, включающий цилиндрический волновод, короткозамкнутый на одном конце, при этом другой конец является излучающим, снабженный коаксиально-волноводным элементом возбуждения, отличающийся тем, что включает фокусирующий элемент в виде выпуклой диэлектрической линзы, расположенный на излучающем конце цилиндрического волновода, по крайней мере, два Т-ребра, расположенные вдоль внутренней поверхности цилиндрического волновода, параллельных по широкой грани и образующих вдоль оси симметрии контактного микроволнового аппликатора емкостный зазор, коаксиально-волноводный элемент возбуждения, выполненный в виде внутреннего и внешнего проводников и введенный в узкую грань одного из ребер перпендикулярно широкой стенке Т-ребра, при этом его внутренний проводник проходит через весь емкостный зазор.
Источник поступления информации: Роспатент

Показаны записи 1-10 из 16.
10.02.2013
№216.012.24c4

Мощный свч-генератор монотронного типа

Изобретение относится к области электронной техники, в частности к электровакуумным генераторным устройствам пролетного типа, а именно к монотронам, в которых взаимодействие электронного потока с СВЧ-полем и отбор энергии совмещены в одном резонаторе. Мощный СВЧ-генератор монотронного типа...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002474914
Дата охранного документа: 10.02.2013
27.02.2013
№216.012.2a22

Способ изготовления углеродотрубобетонной конструкции

Изобретение относится к области строительства, а именно к способам изготовления углеродотрубобетонных конструкций. Способ изготовления углеродотрубобетонной конструкции включает изготовление двухслойной замкнутой по продольным краям заготовки из углеродного волокна с открытыми поперечными...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002476313
Дата охранного документа: 27.02.2013
27.02.2013
№216.012.2a74

Комплексный органоминеральный модификатор для бетонных смесей и строительных растворов

Изобретение относится к области строительства и может быть использовано при производстве различных быстротвердеющих бетонных и железобетонных изделий и конструкций из тяжелого и легкого бетона на предприятиях стройиндустрии без применения тепловой обработки, а также при ведении монолитного...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002476395
Дата охранного документа: 27.02.2013
27.02.2013
№216.012.2be0

Система снабжения сжиженным углеводородным газом

Изобретение может быть использовано на объектах газоснабжения при подаче газа к использованию конечным потребителем. Система содержит подземный резервуар с сжиженным углеводородным газом 1, крышку резервуара 2, угловой клапан 3, входной фланец которого смонтирован непосредственно на крышке...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002476759
Дата охранного документа: 27.02.2013
27.02.2013
№216.012.2ca0

Микропрофиль структуры вакуумной интегральной свч-схемы и способ его получения

Изобретение относится к электронной технике и может быть использовано в производстве электровакуумных микроблоков с вакуумными интегральными схемами (ИС), когда существует необходимость передачи электромагнитной энергии с одного слоя 3D схемы на другой и наоборот. Техническим результатом...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002476951
Дата охранного документа: 27.02.2013
20.05.2013
№216.012.3fe1

Способ растачивания цилиндрических отверстий деталей

Изобретение относится к области механической обработки металлов и предназначено для использования при растачивании цилиндрических отверстий деталей на станках токарной группы. Способ растачивания цилиндрических отверстий деталей включает сообщение детали вращения вокруг оси обрабатываемого...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002481923
Дата охранного документа: 20.05.2013
20.08.2013
№216.012.6225

Дискретный проходной фазовращатель

Изобретение относится к области электроники сверхвысоких частот, а именно к дискретным фазовращателям проходного типа, и может быть использовано в качестве электронно-управляемых устройств в проходной фазированной антенной решетке. Техническим результатом является уменьшение поперечного размера...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002490757
Дата охранного документа: 20.08.2013
20.02.2019
№219.016.c267

Свч генератор с матричным автоэмиссионным катодом с отражением электронного потока

Изобретение относится к области электронной техники, в частности к СВЧ электровакуумным генераторам. Технический результат: увеличение КПД и выходной мощности генератора с отражением электронного потока. СВЧ генератор содержит систему матричных автоэмиссионных катодов, объемный резонатор с...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002457572
Дата охранного документа: 27.07.2012
01.03.2019
№219.016.cf44

Способ получения полимерных нанокомпозитных толстых пленок и устройство для его осуществления

Изобретение относится к способам и устройствам получения полимерных нанокомпозитных материалов в виде толстых пленок и может быть использовано в оптоэлектронике и радиоэлектронике при изготовлении функциональных электрических и токопроводящих структур устройств. Технический результат...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002404915
Дата охранного документа: 27.11.2010
01.03.2019
№219.016.cfeb

Акустооптический модулятор света

Изобретение относится к акустооптическим модуляторам света (АОМ) на стоячих упругих волнах, предназначенным для осуществления амплитудной модуляции непрерывного когерентного оптического излучения, и может быть использовано для синхронизации мод лазеров, модуляции добротности. Техническим...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002448353
Дата охранного документа: 20.04.2012
Показаны записи 1-5 из 5.
27.08.2015
№216.013.73b4

Устройство мембранного типа

Изобретение относится к устройствам для отражения, рефракции и дифракции или поляризации излучаемых антенной волн и может быть использована в фазированной антенной решетке в качестве чувствительного элемента поляризационного переключателя каналов. Технический результат - повышение качества...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002561195
Дата охранного документа: 27.08.2015
20.02.2016
№216.014.cd77

Высокопрочная коаксиальная нагрузка

Изобретение относится к микроволновой технике и предназначено для применения в бортовой аппаратуре радиолокационных, коммуникационных и измерительных систем, подверженных воздействию внешних факторов. Высокопрочная коаксиальная нагрузка содержит коаксиальную линию передачи, включающую...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002575319
Дата охранного документа: 20.02.2016
07.02.2019
№219.016.b7eb

Соосный коаксиально-волноводный переход высокого уровня мощности

Изобретение относится к устройствам СВЧ-техники, предназначенным для согласования разнотипных линий передачи, и может быть использовано для возбуждения основной волны прямоугольного волновода (ПрВ) с помощью коаксиальной линии. Изобретение позволяет передавать электромагнитную энергию высокого...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002678924
Дата охранного документа: 04.02.2019
21.02.2019
№219.016.c507

Резонаторный полосовой свч-фильтр

Изобретение относится к радиотехнике, в частности к фильтрам. Резонаторный полосовой СВЧ-фильтр содержит внешние сферы, внутренние элементы, индуктивный штырь, цилиндрические соединительные штыри и элементы связи в виде коаксиальных линий, два резонатора, металлические вставки и элементы связи....
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002680260
Дата охранного документа: 19.02.2019
27.05.2023
№223.018.70ac

Свч-устройство для деструкции патологически изменённых тканей организма

Изобретение относится к медицинской технике. Технический результат заключается в формировании секторной диаграммы направленности при исключении СВЧ пробоя. СВЧ-устройство, выполненное в виде троакара из металлической трубки с СВЧ коаксиальным волноводом, расположенным внутри трубки троакара с...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002735496
Дата охранного документа: 03.11.2020
+ добавить свой РИД